[주요레포트-NREL] 미국은 2035년까지 100% 깨끗한 전력을 얻을 수 있다는 DOE의 연구 결과가 나왔지만, 엄격한 신뢰성과 토지 이용 문제가 남아있다.

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2035년까지 "편익이 비용을 초과하는" 순수 에너지 시스템을 달성하기 위한 4가지 주요 전략이 에너지부 국립재생에너지연구소(NREL)가 8월에 발표한 연구에서 상세히 설명되어 있다.

https://www.energy.gov/eere/articles/nrel-study-identifies-opportunities-and-challenges-achieving-us-transformational-goal

NREL Study Identifies the Opportunities and Challenges of Achieving the U.S. Transformational Goal of 100% Clean Electricity by

그러나 이는 90% 이상의 순수한 전기 보급을 위해 충분한 토지가 확보되는 방법이나 90% 이상의 보급 이후 신뢰성을 어떻게 보호할 것인지에 대한 설명은 제공하지 않았다.

 

DOE 주요 에너지 분석가이자 연구 공동 저자인 폴 덴홀름은 "현재의 깨끗한 에너지 기술은 비용 절감과 재생 에너지 및 저장 기술에 대한 성숙한 이해력으로 인해 미국을 약 90%의 배출 감소로 이끌 수 있다"며 "90%는 우리가 신뢰성을 위해 어떤 자원이나 다중 자원이 필요한지 모르는 곳을 대표하는 것"이라고 말했다.

 

DOE와 저장 기술 분석가들은 장기간 에너지 저장(LDES) 기술에 대한 불확실성이 해소될 수 있을 것이라고 믿는다. 그러나 새로운 인프라 건설에 대한 지역적 반대를 해결하기 위해서는 더 스마트한 계획이 필요할 것이라는 환경 단체들의 의견도 있다.

 

하지만 TNC의 새로운 계획 방식은 "느리게 작업하면서 책임감 있게 일하고 나중에 빠르게 나아가는 것"으로 기후와 보존의 목표를 모두 달성할 수 있다는 것이다.

 

NREL은 4가지 경로가 2035년까지 100%의 깨끗한 전력 부문으로 이끌어 질 수 있지만, 교통 및 건물 전기화로 인해 수요가 66% 증가하더라도 2050년까지 순수 에너지 경제를 달성할 수 있다고 밝혔다.

 

NREL의 경로 중 하나는 탄소 포집을 포함한 모든 영향력이 없는 기술의 "성능 및 비용 개선", 나머지 세 가지 경로는 각각 "개선된 전송 기술과 새로운 허가 및 입지 접근 방식", "생산 및 전송 제약으로 인한 높은 비용", "한계적인 탄소 포집"을 가정한다.

 

NREL은 대규모 에너지 공급을 충족시키는 데 초점을 맞췄지만, 보다 작은 규모의 인프라를 구축하는 대신 더 많은 에너지 효율성과 수요 측면의 유연성을 가진 대안적인 방식도 가능하다고 덧붙였다.

 

NREL은 또한 2035년까지 2시간에서 12시간의 "일일 저장" 용량으로 총 120GW에서 350GW가 필요하며, 배터리, 펌프식 수력, 아직 개발 중인 기술 등이 필요하다고 추정했다.

 

3개의 시나리오에서 핵전력은 2035년에 발전량의 9%에서 12%를 차지할 것으로 예상되지만, 발전 및 전송 허가 제약으로 인해 27%로 늘어날 가능성이 있다고 모델에서는 발견됐다. 그러나 NREL의 덴홀름은 투자 효과가 새로운 원자력보다 훨씬 더 명확하기 때문에 풍력, 태양광, 저장 및 전송에 대한 투자가 더 유리하다고 말했다.

 

새로운 초고압 전송선로는 연간 1,400마일에서 10,100마일 사이가 필요합니다. 이는 2035년에 순 영국력 부문 배출량을 0으로 만족시키기 위한 것으로, 이는 "현재 용량의 1.3배에서 2.9배"에 해당합니다. NREL은 경로 분석에서, 가장 많은 전력과 풍력을 건설하는 것이 "평균 시스템 비용이 가장 낮다"고 발견했습니다.

 

모델링 결과, 기술 혼합이 "주요 불확실성"입니다. 탄소 포집이 가능한 경우, 모든 순 영국력 부문 배출원 자원을 사용하는 시나리오는 총 2035년 발전 용량 중 5%(660GW)까지 화석 연료를 포함합니다. 그러나 더 많은 에너지 효율성과 DER은 새로운 발전 용량 필요성을 "약 20%" 감소시켰으며, 양쪽 모두 토지 수요와 시스템 비용을 줄일 수 있었습니다.

 

화석 연료 감축으로 인한 건강 상의 이점은 2035년까지 "총 3900억 달러에서 4000억 달러"의 경제적 절감을 제공할 수 있습니다. 2020년 사회적 탄소 가격(SCC)은 메트릭 톤당 "약 80 달러"이며, 2035년에는 "약 100 달러"로 상승하며, 모델링 결과, 예상된 3300억 달러에서 7400억 달러의 "자본, 고정 및 가변" 전력 시스템 비용 대비 "순 혜택" 총 9000억 달러에서 1조 3000억 달러에 이릅니다. 더 많은 추측적 SCC인 메트릭 톤당 275 달러로 계산하면 순 이익은 훨씬 더 높을 것입니다.

 

그러나 자원 혼합과 비용 불확실성은 2030년 이후에 증가하며, 90% 이상의 깨끗한 발전 유입을 충족하기 위해 일일 및 계절적 수요 피크를 계속해야 합니다.

 

분자 또는 전자?

2030년 이후 LDES(Large-scale Long Duration Energy Storage) 선택지는 주로 재생 가능 에너지 및 물로 생산된 분자를 포함하는 깨끗한 수소 연료와 탄소 포집을 이용한 천연가스, 그리고 전자를 생성하는 깨끗한 에너지 프로젝트로 구성됩니다.

 

"저장된 전자 및 저장된 분자에 대한 파이프 및 전송 속도가 얼마나 빨리 구축되는지에 따라 미래 에너지 믹스가 결정될 수 있다"고 미국 깨끗한 에너지 협회(Energy Storage at the American Clean Power Association)의 Jason Burwen 부사장은 말했습니다.

 

NREL(미국 에너지 연구소)은 2030년까지, 최대 10시간 지속되는 리튬 이온 배터리 및 최대 12시간 지속되는 펌프드 수력 저장소가 24시간 이하의 재생 가능 에너지 공급과 부하 불일치를 해결하는 데 자연가스 발전소와 경쟁력을 갖출 것이라고 보고서에 기재했습니다.

 

NREL은 "계절" 저장소라고 부르는 LDES는 깨끗한 수소 연료로 대표되지만 아직 규모별로 검증되지 않은 합성 천연 가스 또는 암모니아 연료, 새로운 배터리 화학, 열 저장, 압축 공기, 펌핑 저장, 중력을 기반으로 하는 기술 등을 포함한 "다양한 기술"로 제공될 수 있다고 말했습니다.

 

LDES 협의회(LDES Council)의 사무총장 줄리아 스누더, NREL의 덴홀름 등은 저장된 깨끗한 LDES는 깨끗한 에너지가 100%에 이를 때 증가하는 여름과 겨울 수요 피크를 해결할 수 있으며 전기화가 확대될 수 있다고 말했습니다. 여름 또는 겨울의 장기적인 고수요-낮은 재생 가능 에너지 기간에 사용된 저장소는 봄과 가을 재생 가능 에너지 과잉 공급으로 충전되어 적자를 피하고 경제적 손실을 방지할 수 있습니다.

 

전반적으로, LDES는 비용이 많이 들지만, 규모별로 검증되지 않은 탄소 포집 천연 가스와 같은 실질적 자원이 "비교는 추측적"이라고 Denholm은 말했습니다. 그러나 LDES의 어떤 버전이라도 2035년 목표를 달성하기 위해서는 잠재적 기술에 대한 시범 투자가 중요하기 때문에 "준비가 된 상태"여야 한다고 그는 말했습니다.

 

"2035년 목표를 달성하기 위해서는 다양한 솔루션이 필요하다"는 의견에 Ambient Fuels의 CEO이자 공동 창업자인 Jacob Susman과 재생 가능한 에너지 및 물에서 생산되는 녹색 수소를 공급하는 기업인 Nidhi Thakar, Form Energy의 정책 및 규제 부사장은 모두 동의합니다. Form Energy는 혁신적인 100시간 멀티데이 철-공기 배터리 화학의 개발자입니다.

Ambient Fuels – Development Site

Energy Storage to Support the UK Transmission Grid

 

정책 및 시장 디자인이 형성되는 동안에는 전기 저장장치와 녹색 수소가 경쟁할 필요가 없으며, LDES 협의회의 스누더는 "좁은 기회는 나중에 가치를 놓칠 것"이라며 현재 투자가 중요하다고 덧붙였습니다.

 

적절한 토지 이용에 대한 접근성은 2035년 순수 에너지 발전부문 목표를 달성하는 것에 대한 불확실성을 초래할 수 있는 보다 즉각적인 문제입니다.

 

토지 계획

DOE는 2035년 목표가 최근 성장률의 "3배에서 6배"의 새로운 세대, "2배에서 3배"의 전송용 새로운 권리 지역 및 "수소 및 CO2의 새로운 파이프 라인 및 저장"을 필요로 할 수 있다는 것을 발견했다.

 

Denholm은 이러한 목표를 기후 변화에 대한 탄소의 영향과 환경 보호를 균형있게 조절하여 "수행 가능"하다고 말했다.

 

연방 허가 개혁 및 일자리 법안(S.2324)은 인프라 개발을 간소화하기 위해 2021년 오하이오 주 의원인 로브 포트만(R-Ohio)이 제안했지만 진행되지 않았다. 또한 연방 에너지 규제 위원회(FERC)의 아직 완료되지 않은 이해 관계자 프로세스는 허가 절차를 간소화하기 위한 제안을 포함하고 있으나 이는 이들이 필요한 혁신적인 개혁에 도달하지 못한다고 이해 관계자들은 말했다.

 

TNC의 Power of Place - West 연구는 지역별, 주별 및 지정된 "우선 재생 에너지 지역"에서 공간적으로 구체적인 계획 및 위치 선정을 통해 "민감한 천연 자연 지역 및 생산 땅"을 보호하고 2050년까지 경제 전반에 걸쳐 순 제로 배출을 비용 효율적으로 달성할 수 있다는 것에 동의했다.

 

개선된 계획 없이는 11개 주에서 새로운 세대 및 전송 인프라를 위해 최대 39백만 에이커가 필요하며 비용은 2600억 달러가 든다는 것을 TNC의 모델링이 발견했다. 그러나 지정된 "우선 재생 에너지 지역"에서 공간적으로 구체적인 지역별, 주별 및 지역별 계획 및 위치 선정을 통해 21백만 에이커만 필요하며 비용은 2680억 달러로 3%의 추가 위치 선정 및 허가 작업으로 인한 비용 증가만 발생하며 거의 50% 감소한다는 것이 밝혀졌다.

 

TNC의 예측은 NREL에서 2035년 순 제로 배출을 달성하기 위해 예상되는 3300억 달러에서 7400억 달러의 인프라 개발 비용의 상당한 부분을 차지할 것으로 예상된다.

 

TNC는 각 주에서 필요한 새로운 용량의 절반을 충족시키기 위해 재선 전력 업그레이드 및 권리 지역 사용 등을 식별했다. 이로 인해 16GW의 추가 전송 용량에 대한 권리 지역으로 필요한 토지는 현재 서부 지역 8만6천 마일의 전송선에 사용되는 토지 대비 7%에서 8% 증가될 것이다. 태양광은 야생 동물 복도에서 안전하게 계획할 수 있으며, 풍력은 해상에 건설될 수 있다는 것을 덧붙였다.

 

TNC의 Hill은 로스앤젤레스 카운티의 청정 전력 동맹, 샌디에이고 카운티 및 사설 프로젝트 기획자들이 이러한 계획 접근 방식을 사용하고 있으며, 이러한 전략은 이미 캘리포니아의 깨끗한 에너지와 텍사스의 전송에서 성공적으로 사용되고 있어 국가적으로 적용될 수 있다고 말했다.

 

TNC의 계획 접근 방식의 요소는 Nathanael Greene 국립자원방어기금(NRDC) 고급 재생 에너지 정책 분석가가 인정한 대로 남서부 태양광, 중서부 온란드 풍력, 동해안 해상 풍력 및 국가 간 전송을 가속화시킬 수 있다.

 

그러나 TNC의 접근 방식은 "낙관적인 전망"이 될 수 있으며, 로스앤젤레스 타임즈는 10월 6일에 관찰하였습니다. 지역 커뮤니티에서 새로운 인프라 구축에 대한 "강력한 반대"를 과소평가할 수 있다.

 

"지역 커뮤니티 반대는 실제이며, 위치 결정과 허가를 얻는 것이 계속 어려울 것입니다"라고 연방 기관과 관련된 문제에 대해 작업한 노트르담 대학 지속 가능한 에너지 정책 부교수인 Emily Grubert는 말합니다.

 

개발 제안서를 받아들이기 위해 "프로젝트가 필요한 이유, 지역 커뮤니티 자원이 필요한 이유 및 지역 커뮤니티가 어떻게 혜택을 받을 수 있는지"를 설명해야 한다면서, Grubert는 "지역 커뮤니티의 우려가 들어졌으며 보호될 것"이라고 덧붙였습니다.

 

DOE의 공식 커뮤니티 혜택 협약은 새로운 인프라 개발에 사용되며 개발자가 지역 커뮤니티에 제공할 혜택을 규정합니다. 이것은 "위치 결정과 허가 절차를 간소화하는 데 강력한 영향을 미칠 수 있다"고 Grubert는 말합니다.

 

"어떤 프로젝트도 호스트 커뮤니티에 실제 혜택을 보장하지 않는 커뮤니티 혜택 협약 없이 진행해서는 안 됩니다"라고 NRDC의 Greene는 말합니다. 그러나 "많은 곳에서 정치적 극단주의가 합리적인 프로젝트 개발 문제를 방해 및 잘못된 정보 캠페인으로 만들었다"라며 "그것을 극복하는 데는 많은 작업이 필요할 것"이라고 덧붙입니다.

 

"특히 작은 커뮤니티에서 사람들은 열정적이고 죽음의 위협을 주고 받을 수도 있습니다. 이것은 신뢰가 얼마나 중요하고 과소평가되었는지 보여줍니다"라고 Grubert는 말합니다.

 

2016년 캘리포니아 법안은 배터리 저장소 성장을 촉진하였으며 최근의 계획 요구 사항은 시스템 신뢰성을 보호하는 저장소를 요구함으로써 LDES에 대해 동일한 효과를 발휘할 수 있다고 ACP의 Burwen은 말합니다.

Energy Storage Targets - Publicly Owned Utilities - AB 2514

 

하지만 현재는 심지어 캘리포니아의 고급 통합 에너지 자원 계획 프로세스도 기후 및 극한 기상 적응의 필요성과 깨끗한 에너지의 새로운 경제성을 인식해야 한다고 깨닫지 못하고 있다고 에너지 효율 및 재생 에너지 기술 센터의 이사인 V. John White는 말합니다.

Integrated Resource Plan and Long Term Procurement Plan (IRP-LTPP)

 

미국 전력 시스템 계획은 여전히 천연 가스에 너무 의존적이며, 이것이 2021년 2월 텍사스 정전의 근본 원인이었다고 NREL의 Denholm은 동의합니다. "오늘날 충분한 계획이 없는 것은 전기화로 인해 계절 및 시간대별 최대 수요가 변하는 것과 전송이 필요한 상황에서도 위치 결정 및 허가가 장벽이 되는 문제"라며 "전국적으로 깨끗한 에너지 전개를 가속화하기 위한 장기적인 계획이 필요합니다. IRA는 우리 밑바닥을 바꾸었습니다"라고 White는 말합니다. 이것은 새로운 자원 조달을 "경제성 전략"으로 바꿨으며 "저비용의 깨끗한 자원이 가능한 빨리 사용 가능해지면, 요금에서 나오는 천연 가스 가격이 고객 청구서를 낮출 수 있기 때문입니다"라고 덧붙입니다.

'A terrible idea': Texas legislators fight over renewables' role in power crisis, aiming to avert a repeat

 

DOE 연구의 가장 중요한 결과는 "현재 국가 목표를 달성하기 위해 가능한 모든 태양광, 풍력, 저장 및 전송 프로젝트를 가능한 빨리 건설해야 한다"는 것이라고 Denholm은 말합니다.